7, 226
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April ]995
BuklllI
PEMBUATAN KONSENTRAT NEODIMIUM DARI PASffi MONASIT DENGAN CARA PENGENDAP AN MV. Punvani, R Subagiono, Trimohadi PPNY-BATAN, Jl. Babarsari P.OBox 1008, Yogyakarta 55010
ABSTRAK PEMBUATAN KONSENTRAT NEODIMlUM DARI PASIR MONASIT DENGAN CARA PENGENDAPAN. Nd merllpakan salah sarlIunsur terbesar ketiga yang terkandllng dalampasir monasit. Pembuatan konsentrat Nd dilakukan sebagai langkah awal pemisahan dan pemurnian Nd. Dengan cara pengendapanfraksional dan bertingkat dapat diperoleh konsentrat Nd. Setelah pemisahan Ce, diperoleh larutan nitrat yang banyak mengandung La dan Nd. Dengan menambahkan NH,iflO3, Cd(NO3h dan NH4OH untuk mengatur pH akan diperoleh endapan yang kaya Nd dan filtrat yang kaya La. Kondisi optimum dicapai pada pengendapan 100 ml larutan nitrat setelah dipisahkan Ce-nya dengan menambahkan 10 ml NH4NO320 %, 3 ml Cd(NO3h 10 % dan pH pengendapan = 8, jumlah tingkat pengendapan = xv. Hasil yang diperoleh Nd/Total Unsur selain Nd = 1.1293 (Nd/TUpasir monasit = 0.1 747). efisiensipengendapan Nd = 87.98%sedangefisiensipengendapanLa = 13,30.
ABSTRAC MAKING OF CONCENTRATED Nd FROM MONAZITE SAND BY PRECIPITATION. Nd is the third mayor element in monazite sand. Making ofNd concentrated was done as thefirst step of separation and purification of Nd. Concentrated of Nd can be made by fractional and multistage precipitaion. After separation ofCe wasproducted nitricsolution consist ofLa and Nd as mayor element.Adding ofNH4NO3. Cd(NO3h and NH40H to orderrpHofprecipitaion was obtained precipitate was enrich ofNd andfiltrate was enrich of La. The optimum condition atprecipitation of 100 ml nitric solution byproduct separation ofCe by adding 10 ml ofNH4NO3 20 %,3 ml ofCd(NO3h 10 %, pH ofprecipitaion is 8 and stage of precipitaion isxv. At this conditionNd.. total of elementwithout Ndis 1,1293 (in monazitesand is 0,1747), precipitation efficiency ofNd is 87,89 % and efficiency of La is 13.38 %.
PENDAHULUAN
N
eodimium (Nd) merupakan salah satu unsur logam tanah jarang yang terkandung dalam pasir monasit. Kadar Nd dalam pasir monasit kira-kira 6,87 %, merupakan unsur logam tanah jarang terbesar ketiga setelah Ce (Serium) clanLa (Lantanum). Mengingat kegunaan Nd yang sangat besar dalam bidang industri di samping harganya lebih tinggi dibanding harga Ce maupun La, maka sangat bermanfaat apabila dilakukan pembuatan konsentrat Nd sebagai langkah awal pemisahanclan pemumian Nd. Untllk membuat konsentrat Nd paling efektif apabila sebelumnya dilakukan pemisahan Ce clan La. Tipton, C.R. telah menemukan suatu urutan proses pemisahan unsur-unsur logam tanah jarang dari pasir monasit dengan cara pengendapan sebagai berikut :
Peleburan pair monasit Pasir monasit yang mengandung logam tanah jarang fosfat, LTJ (PO4) dilebur dengan H2SO4terjadi reaksi berikut : 210°c LTJ(PO4) + 3 H2SO4- (LTJMSO4)3 + 2 H3PO4 Pemisahan kelompok itria daD kelompok seria Logam tanahjarang kelompok itria: (Y, Yb, Dy clanHo). Logam tanahjarang kelompok seria: (Ce, La, Nd, Gd, SID).Dengan membentuk garam rangkap sulfat dari basil leburan akan diperoleh reaksi sebagai berikut : kristalisasi (LTJ)2(SO4)3+ Na2S04 (KCMSO4)3.Na2S04+ (KYMSO4)3.Na2S04 padat larutan Pembuatan hidroksida kelompok seria Kelompok seria dilebur dengan NaOH
MV. Purwani dkk.
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertenman dun Presentasi Ilmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku 11
(KCMSO4)3.Na2S04+ NaOH KC(OH)3+ Na2S04 Pemisahan Ce secara oksidasi daD pengendapan fraksional Ce mempunyai valensi III clanIV, sedang unsur LTJ lain mempunyai valensi II clanIII. Jika dioksidasi, Ce akan berubah menjadi valensi IV sedang unsur LTJ lain berubah menjadi valensinya III. Ce(OH)3+ HNO3 ' Ce(NO3)3+ H2O pelarutan .. Ce(NO3)4 + H2O Ce(NO3)3 + 0 (NaCIO3) oksidasi
Dengan menambah amonia akan terjadi reaksi sebagai berikut : Ce(NO3)4+ NH4OH Ce(OH)4+ NH4NO3 pH = 1,5 gelatin Unsur lain (valensi III) masih dalam larutan Pembuatan konsentrat Nd. (Dengan membentuk garam rangkap nitrat daD pengendapan) Amonium nitrat ditambahkan pacta larutan filtrat (setelah pemisahan Ce) akan terbentuk reaksi sebagai berikut, KC(NO3)3 + NH4NO3KC(NO3)J.NH4NO3 ditambah amonia menjadi KC(NO3)3.NH4NO3+ NH4OH ' KC(OH)3 + NH4NO3 La dalam larutan, unsur lain dalam padatan.Dengan demikian akan terbentuk padatan yang kaya akan Nd. Beberapa parameter yang berpengaruh dadalah sebagai berikut : 1. pH pengendapan 2. penambahan amonium nitrat 3. penambahan Cd(NO3)2untuk mempermudah pemisahan clansebagai katalisator 4. tingkat pengendapan Keberhasilan pembuatan konsentrat Nd dapat diketahui dari besamya harga perbandingan Nd : jumlah total unsur selain Nd. Semakin besar harganya, pembuatan konsentrat Nd semakin baik. Konsentrat Nd ini sebagai umpan untuk ekstraksi, maka disiapkan dalam bentuk larutan nitrat.
-
227
BAHAN DAN TATA KERJA Bahan Pasir monasit, air suling, NH4OH, NH4NO3, Na2S04, NaOH, H2SO4, Cd(NO3)2, HNO3 Alat
Alat gelas, oven, alai penggerus, alai ayak, alai pengaduk pemanas, spektrometer pendar sinar X, pH meter Tata Kerja 1.Peleburan (digesti) pasir monasit Menggerus, mengayak pasir monasitsampai ukuran menjadi 200 mesh. Setiap 100 gr pasir monasit 200 mesh dilebur dengan 200 ml H2SO4 pekat pactasuhu 210 °c selama 4 jam sambil terns diaduk. Hasilleburan diencerkan dengan air suling sampai volume menjadi 4500 ml, kemudian disaring. 2. Pemisahan kelompok itria daD kelompokseria Setiap 1000 ml lamtan leburan encer ditambah 15 gram Na2S04 dipanaskan sambil diaduk, sehingga terbentuk kristal kelompok seria. Kristal dicuci dengan alkohol. 3. Pembuatan hidroksida kelompok seria Setiap 100 gram kristal yang terbentuk dilebur dengan 40 gr NaOH clan 1000 ml air suling pactasuhu 140 °c selama 2 jam clandicuci dengan air panas sampai netra!. Hasil leburan berbentuk padatan yang mula-mula berwama putih kemudian berubah abu-abu clan akhimya menjadi kilning. Padatan hidroksida kelompok seria ini kemudian dikeringkan dalam oven clandiimbang sampaiberat tetap. 4. Pemisahan Ce dari kelompok seria Setiap 25 gram padatan kelompok seria hidroksida dilarutkan sedikit demi sedikit ke dalam 50 ml HNO3 pekat clan ditambah 7,5 gr NaOCb sambi! dipanaskan clan diaduk selama 1 jam kemudian ditambah air sampai volume menjadi 100 m!. Setelah dingin ditambah NH4OH sampai pH menjadi,I,5. Endapan yang terbentuk disaring clan dikeringkan ke dalam oven kemudian ditirnbang. Endapan mempunyai kadar Ce yang tinggi, sedang larutan atau filtrat kaya akan La clanNd. 5. Pembuatan konsentrat Nd
100 ml filtrat ditambah NH4NO320 %, Cd(NO3)2 10 %, kemudian diendapkan dengan amonia. Endapan yang terbentuk disaring, kemudian dilarutkan dalam HNO3 3 M sampai
ISSN 0216-3128
MV. Purwani dkk.
I
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 Apri/1995
Bukll II
228
volume menjadi 100 ml untuk dianalisis dengan spektrometer pendar sinar X. Untuk meningkatkan kadar Nd dalam endapan, endapan terbentuk dilarutkan kembali dalam HNO3 3 M sampai volume menjadi 100 ml ditambah NH4NO320 %, Cd(NO3)2 10 % kemudian diendapkan dengan amonia, demikian seterusnya. Parameter yang diteliti adalah : volume penambahanNH4NO320 %, volume penambahan Cd(NO3)2 10 %, pH pengendapan clantingkat pengendapan.
TabeI2.a. Pengaruh pH pengendapan terhadap kadar unsur dalam endapan setelah dilarutkan dalam HNO3 3M dan NdrrU
5
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari tabel 1. Dapat dilihat bahwa setelah mengalami bebrapa proses, diperoleh peningkatan kadar Nd dalam suatu larutan nitrat. Setelah pengambilan Ce unsur yang dominan dalam larutan adalah La clanNd. Untuk membuat konsentrat Nd, La dipisahkan lebih dahulu. Filtrat sisa pengambilan Ce dipakai sebagai umpan pembuatan konsentrat Nd. Tabell. Analisis basil yang diperoleh dari proses peleburan pasir monasitsampai pengambilanCe
(%)
1086
3,89
6,44
776
2,34
512
0,59
2,57
570
7,65
1712
6,56
12,96
10308
( ppm)
Th
5,21
Y La Ce
16,23
4505
13,97
30,45
Nd
6,87
1164
5,92
11,28
6126
Gd
2,31
492
0,52
3,42
1278
Sm
2,82
624
2,77
5,72
826
Dy
2,27
178
0,03
0,43
o
0,1266
0,2090
0,1820
0,4210
Nd/IU 0,1747
o
126 28
25
o
540
174
826 0,2795
991
247
826 0,3558
La
Ce
o
o
° 61
Nd
2,377
6
312
1
7
38
12
1128 66
&
75
57
7308 730 5660 1235 826
0,495
9
76
50 10292 772 6116 1263 826
0,421
Th
y
La
Ce
Nd
Gd
Sm
5
o
o
°
o
2,06
2,19
3,03
6
40,2
1,75
5,92
o
8,82
13,62
100
7
50,13 22,63 10,94 8,42
16,18 10,33
100
8
98,58
100
70,90 14,56 92,41 96,64
100
9
98,71
100
99,8
( ppm )
772
Sm
y
pH Kadar unsur dalarn endapan setelah pelarutan (ppm) pengend apan
Filtrat garam hidroksid setelah pengambi aKC Ian C su fat ranfikat (ppm) (%)
(% )
Gd
Th
TabeI2.b. Pengaruh pH pengendapan terhadap efisiensi
Kadar pasir Unsur monasit Leburan pasir
NdiTU
Kadar unsur dalam endapan setelah pelarutan (ppm)
pH pengend apan
100
99,85 98,83
100
2,5Nd/TU
1.5
0,5
1 ..n! pHpelgeldap!1
05
Pembuatan konsentrat Nd 1. Pengaruh pH pengendapan (Volumeumpan= 100ml, VolumeNH4NO3 20 % = 2,5 ml, Volume larutan endapan = 100 ml, Volume Cd(NO3)2= 2 m!)
MY. Purwani dkk.
Gb.l.a
Hubungan pH pengendapan dengan Nd/TUi
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan dun Presentasi Ilmiah PPNY-BA TAN Yogyakarta 25-27 April 1995
100 [flliusl
Buku 11
229
TabeI3.a. Pengaruh penambahan NH4NO3 terhadap kadar unsur dalam endapan setelah dilarutkan dalam HNO3 3M
%
90 80 10 60 50 40 30 20 10 0
"
Volume NH4NO3 20% (ml)
Th
y
0
629
540 7644 738 5601 1235 826 0,4823
2,5
755
570 7307 739 5659 1235 826 0,4950
5
662
570 7065 741 5988 1252 826 0,5387
7,5
692
570 7143 750 6017 1207 826 0,5378
10
671
570 6953 752 5953 1223 826 0,5414
12,5
675
570 7063 752 5983 1174 826 0,5410
I ...) pH peftgeftdapn
Gb.l.b
Hubungan pH pengendapan dengan ejisiensi
Dari tabel2.a clan2.b. serta gambar La clan l.b dapat dilihat bahwa semakin besar pH pengendapan, kadar unsur-unsur yang acta dalam endapan semakin besar. Semakin besar pH, harga hasil kali kelarutan (Ksp) garam rangkap amonium nitrat clan hidroksida unsur-unsur semakin dapat dilampaui sehingga terjadi pengendapan. Nd clan unsur-unsur logam tanah jarang lainnya mempunyai harga Ksp yang lebih kecil dibanding La. Dengan demikian La akan mengendap lebih sedikit dibanding Nd clan unsur lainnya. Keadaan ini dapat dilihat pacta besarnya efisiensi pengendapannya pacta pH 8, barn pacta pH 9, La hampir mengendap semua. Karena kadar La paling tinggi pengurangan atau pemisahan sangat berarti pacta konsentrat Nd, sehingga diperoleh peningkatan harga NdJTU. Pacta pH 8 diperoleh harga NdJTUpaling besar (kecuali pactapH 5, tetapi tidak dipilih karena efisiensinya sangat kecil). 2. Pengaruh penambahan NH4NO3 20 % (Volume umpan = 100 ml, Volume larutan endapan = 100 ml, Volume Cd(NO3)2= 2 ml, pH pengendapan = 8) Pengendapan yang berlangsung di sini merupakan kompetisi antara pengendapan bentuk hidroksida clan garam rangkap amonium nitrat, yang keduanya saling mendukung. Semakin besar volume NH4NO3 yang ditambahkan, reaksi pembentukan garam rangkap amonium nitrat semakin sempuma. Dalam bentuk garam rangkap amonium nitrat, masing-masing unsur mempunyai derajat pemisahan yang berbeda dengan unsur lainnya, sehingga mudah untuk dipisahkan. Pada penambahan 10 ml HNO3 20 % diperoleh pengurangan kadar La yang paling tesar, hal ini
ISSN 0216-3128
NdlTU
Kadar unsur dalarn endapan setelah pelarutan (ppm)
La
Ce
Nd
Gd
Sm
TabeI3.b. Pengaruh NH4NO3 20 % terhadap efisiensi pengendapan Volume NH4NO3 20% (ml)
Kadar unsur dalarn endapan setelah pelarutan (ppm)
Th
y
La
Ce
Nd
Gd
Sm
0
81,0
2,5
98,71
100
70,89 95,73 92,39 96,64
100
5
85,31
100
68,55 95,98 97,76 97,97
100
7,5
89,18
100
69,30 91,15 98,24 94,44
100
10
86,47
100
67,46 97,41 97,19 95,70
100
94,74 74,16 95,60 92,42 96,46
100
Nd/Tu
0.55 0.54 0.53 0.52 0.51 0.5
0.49 0.480
2.5
5
10
1.5
12.5
...) NH4NO320%Imll
Gb.2.a
Hubungan antara volume NH4NO3 dengan Nd/TU
MV. Purwani dkk.
Prosiding Pertel1Ulan don Presentasi l/miah
Buku Jl
230
PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
TabeI4.b. Pengaruh penambahan Cd(NO3)2 10 % terhadap efisiensi pengendapan
Mm. 0.55
Volume Cd(NO3h 20% (mt)
0.54 0.53 0.52 0.51 0.5 0.49 0.480
5
2.5
1.5
12.5
10
...) NH4NO3 20% Iml!
Gb.2.a
Th
y
La
0
81,06
100
I
90,21 99,82 69,49
2
86,47
3
Nd
Ce
Gd
Sm
68,63 95,80 91,43 96,64
100
100
100
100
67,46 97,41 95,56 95,70
100
88,02
100
66,83 98,58 97,75 97,18
100
4
85,95
100
66,97
96,70
100
100
5
85,05
100
66,72 99,74 96,97
100
100
100 94,71
100
Hubungan antara volume NH4lVO3 dengan efisiensi
dapat dilihat dari efisiensi pengendapannya yang mempunyai harga paling kecil, sehingga diperoleh harga Nd/TU terbesar. Sedang unSUf-unsUflainnya hanya sedikit terjadi pemisahan karena urutan derajat pemisahannya lebih awal dibanding La daD Nd, (harga Ksp unsur-unsur lain lebih kedl dibanding La daDNd). 3. Pengaruh penambahan Cd(NO3)210 % (Volume umpan = 100 ml, Volume larutan endapan = 100 ml" pH pengendapan = 8, Volume NH4NO320 % = 10 ml)
0.55Nd/TU
0.54
0.53
0.52 0
TabeI4.a. Pengaruh penambahan Cd(NO3h 10 % terhadap kadar unsur dalam endapan setelah dilarutkan dalam HNO33M Volume Cd(NO3h 10% (ml)
Efisiensi pengendapan ( %)
Kadar unsur dalam endapan setelah
2 3 ...> CdINO3!210%ml
Gambar 30. Hubungan voL Cd(NO3h dengan Nd/TU
NdffU
pelarutan (ppm)
Th
y
La
Ce
Nd
Gd
Sm
0
629 570 7644 738 5601 1235 826 0,5203
1
700 569 7307 739 5659 1235 826 0,5201
2
671 570 7065 741 5988 1252 826 0,5414
3
683 570 7143 750 6017 1207 826 0,5458
4
657 570 6953 752 5953 1223 826 0,5347
5
660 570 7063 752 5983 1174 826 0,5398
E!isillSi%
1DOI 90 80 II
70
600
2
...) CdINO)!2
) 10 % ml
Gambar 3b. Hubungan voL Cd(NO3h dengan efisiensi
MV. Purwani dkk.
ISSN 0216-3128
Prosiding Pertemuan don Presentasi Ilmiah PPNY-BA TAN Yogyakarta 25-27 April 1995
Buku II
Kadmium nitrat berfungsi sebagai katalisator clan untuk Iebih mempermudah penyaringan. Semakin besar volume Cd(NOJ)2, reaksi akan lebih baik clan penyaringan Iebih mudah. Pacta penambahan 3 ml diperoleh pemisahan yang maksimum, sehingga menghasilkan harga Nd/TU yang paling besar. Untuk mempertinggi harga Nd/TU (konsentrat Nd lebih) dilakukan pengendapan bertingkat. 4. Pengaruh jumlah tingkat pengendapan (V01.Umpan = 100mI, Vol. NH4NOJ20% = 10 ml, Vol. Cd(NOJ)210%= 3 mI, pH pengendapan = 8) TabelS a. Pengaruh tingkat pengendapan terhadap kadar unsur daD Nd/TU dalam endapan sesudah pelarutan dalam HNO33M Kadar unsur dalam endapan setelah pelarutan (ppm)
Tingkat
La
Ce
Nd
Gd
231
TabelS b. Pengaruh tingkat pengendapan terhadap efisiensi pengendapan Tingkat Th
Y
La
Ce
Nd
Gd
Sm
I
88,02
100 66,83 98,58 97,75 97,18
100
II
88,02 95,79 56,30 98,45 97,18 97,18
100
III
88,02 91,58 49,93 97,54 98,68 97,18
100
IV
81,06 91,58 41,43 96,50 96,21 97,18
100
V
76,16 90,53 39,11 96,50 95,72 93,52
100
VI
70,88 90,35 33,54 96,50 94,92 92,72
100
VII
62,24 89,12 29,24 95,50 94,24 92,49
100
VIII
54,90 55,77 25,91 94,85 93,57 81,39
100
IX
47,68 88,77 23,57 95,55 93,14 90,69
100
X
47,68 88,77 20,13 95,85 92,54 87,87
100
XI
47,68 87,19 18,52 95,85 91,51 86,70
100
XII
47,68 85,44 16,91 95,85 91,23 86,70
100
XIII
47,68 81,40 14,90 94,82 93,38 86,70
100
XlV
47,68 81,40 14,16 94,82 88,88 85,13
100
XV
47,68 81,23 13,30 94,82 87,98 79,03
100
NdffU
Sm
Th
y
I
683
570 6888 761 5987 1242 826 0,5458
II
683
546 5803 760 5952 1242 826 0,6037
III
683
522 5146 753 5908 1242 826 0,6441
IV
629
522 4270 745 5893 1242 826 0,7157
V
591
516 4031 745 5863 1196 826 0,7417
VI
550
515 3457 745 5814 1185 826 0,7988
VII
483
508 3086 745 5772 1182 826 0,8451
VIII
426
506 2671
IX
370
506 2423 740 5705 1159 826 0,9470
0,8
X
370
506 2075 740 5668 1123 826 1,0050
0,6
XI
370
497
1806 740 5605 1108 826 1,0483
0,4
XII
370
487
1743 740 5588 1108 826 1,0595
XIII
370
464
1536 732 5536 1108 826 1,0993
XIV
370
464
1459 732 5444 1088 826 1,1076
XV
370 463
1371 732 5389 1010 826 1,1293
I.ZNd/Tu
740 5731 1168 826 0,9044
Dengan pengendapan bertingkat, unsur-unsur yang terkandung dalam endapan dapat dikurangi. Adanya N~NOJ clan Cd(NOJ)2 barn dalam pengendapan kembali akan membentuk garam rangkap amonium bartl, menyebabkan perbedaan derajat pemisahan antara unsur-unsur yang acta dalam endapan, sehingga mempermudah pemisahan. Dengan demikian kadar clan efisiensi pengendapan unsur dalam endapan akanberkurang. Namun demikian pengurangan kadar unsur Nd
ISSN 0216-3128
Efisiensi pengendapan (%)
O,Z ol
II
III :V V VI VII V:II IX X X: X:: XII: XIV XV TinghtPengeudapaa
Gambar 4 a. Hubungan tingkat pengendapan dengan Nd/TU
paling keciI, sehingga harga perbandingan Nd/TU semakin besar. Demikian seterusnya, sampai pacta tingkat ke XV diperoleh harga Nd/TU 1,1293 dengan efisiensi pengendapan La 13,3% clan Nd 89,87%.
MV. Purwani dkk.
232
Prosiding Pertemuan don Presentasi llmiah PPNY-BATAN Yogyakarta 25-27 April 1995
Bllkll II
UCAP AN TERIMA KASIH 120Eflslmi %
I.
100
Terima kasih kepada Sdri. Suprihati yang telah membantu terlaksananya penelitian ini.
80
DAFT AR PUST AKA
60 40 20 0[
II
II: IV V VI VI: v::I IX X XI X:: X:IIX:V XV Tilght PlIgtftdlPU
Gambar 4 b. Hubungan tingkat pengendapan dengan Efisiensi
KESIMPULAN HasHterbaik pembuatan konsentrat Nd pada pengendapan XV tingkat dengan umpan 100 ml larutan filtrat setelah pengambilan Ce dari pasir monasit dengan menambahkan 10 ml NH4NO3 20%,3 ml Cd(NO3)210% clanpH pengendapanNd 89,87%, efisiensi pengendapan La 13,30%dengan NdJTU 1,1293.
MY. Purwani dkk.
1. TIPTON,CR. "Reactor Hand Book" Vol. I, 2nd Ed, Bettelle Memorial Institute, 1967 2. PRAKASH SA TY A, D.Se, Fa. Se. ' "Advanced Chemistry of Rare Earth Elements", S.Chamd & Co (PVT)(TI),Ram Nagar, New Delhi 110055, 4th Ed, 1975
TANYAJAWAB Trimohadi Dari pemyataan/penjelasan penyaji dapat ditambahkan bahwa pemisahan Ce adalah pemisahan tahap I, sedang La adalah pemisahan tahap II, dan Nd adalah pemisahan tahap III. MY. Purwani Terima kasih atas informasinya
ISSN 0216-3128
